西苕溪干流東山段水電資源開發(fā)利用

朱永明，姚慶華

（1.安吉縣鳳凰水庫(kù)管理處，浙江 安吉 313300；2.安吉縣供電局，浙江 安吉 313300）

1 水文情勢(shì)及開發(fā)規(guī)劃

西苕溪東山段上游是安吉縣的暴雨中心，梅雨和臺(tái)風(fēng)降雨較大，流域面積1316km2，多年平均降水量為1546mm，多年平均年徑流量為10.1億m3。

西苕溪東山段河道原為彎曲形河流，1978年，為增加耕地面積安吉縣對(duì)該段河道進(jìn)行了裁彎取直，新開了一條全長(zhǎng)1700m的河道，稱為新開河。河道開通后，新老河道同時(shí)過(guò)流，該段河道實(shí)際上成為分汊型河道。新開河進(jìn)口與老河交角較大，在彎道環(huán)流作用下，進(jìn)口上唇不斷淤積，下唇不斷沖刷，危及下唇附近村莊的安全。同時(shí)，由于上唇淤積后進(jìn)流量減小，河道水位下降，機(jī)埠抽不上水，影響農(nóng)業(yè)灌溉。1992年通過(guò)疏通河口、河道護(hù)岸、建導(dǎo)流堤等對(duì)新開河進(jìn)行了治理。雖然減輕了原老河道的沖刷和防洪壓力，提高了江渚溪自然村和雙聯(lián)、銀灣、紅星三個(gè)斗的防洪抗災(zāi)能力，但由于新開河河道斷面、坡降、進(jìn)口水流方向、河床粒徑等與河道流量、流速無(wú)法適應(yīng)，使新開河不同程度地發(fā)生沖刷現(xiàn)象，橋梁基礎(chǔ)外露，河岸塌坍，威脅兩岸居民安全。1998年后三次對(duì)新開河進(jìn)行了整治，由于新開河的嚴(yán)重沖刷是水流與河床的不協(xié)調(diào)引起的，工程“先天不足”，雖經(jīng)整治仍無(wú)法徹底解決新開河存在的問題。

二十世紀(jì)末至二十一世紀(jì)初，由于西苕溪河道中大量采砂，理順了河道主槽，疏浚了河床，增加了河道的過(guò)流能力和河床的槽蓄能力。但由于對(duì)采砂管理力度不夠，形成大量的采砂坑，有些采砂坑使堤防和河岸形成1∶0.5左右極不穩(wěn)定的邊坡，改變了河道流態(tài)，上游河道溯源沖刷十分嚴(yán)重。因此，在新開河出口西苕溪形成了7m左右的落差，嚴(yán)重影響河勢(shì)穩(wěn)定，若遇大洪水易造成堤防和河岸崩塌。

新開河左岸和西苕溪右岸堤防的防護(hù)對(duì)象為遞鋪鎮(zhèn)，規(guī)劃為20～50萬(wàn)人口的城市，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇，排洪標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇。新開河右岸，為非遞鋪鎮(zhèn)城市建設(shè)區(qū)，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇。東山段河道過(guò)水?dāng)嗝孑^小，洪水位高，河道底坡陡，水流流速大，水流挾帶懸浮質(zhì)的能力強(qiáng)，水流對(duì)河床及兩岸堤腳的沖刷嚴(yán)重。兩岸堤防標(biāo)準(zhǔn)偏低，且堤防不連續(xù)，破損嚴(yán)重，河道的泄洪能力不足十年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

城市化進(jìn)程的快速發(fā)展與城市防洪能力的不適應(yīng)，提出了加快河道治理、提高防洪能力的必然要求。同時(shí)，新開河出口西苕溪所形成的7m左右落差，也為東山段水電資源開發(fā)提供了條件。

2 水利設(shè)施的布設(shè)

2.1 工程任務(wù)

西苕溪干流東山段水電樞紐工程是以發(fā)電為主，結(jié)合河道整治、旅游開發(fā)、航道延伸以及生態(tài)環(huán)境治理的綜合開發(fā)建設(shè)工程。主要建筑物由攔水壩、水電站、河道整治工程及補(bǔ)償工程等組成。

壩址、站址、壩高及裝機(jī)容量的選定是整個(gè)樞紐工程建設(shè)的關(guān)鍵性工作，關(guān)系到水電資源能否得到充分發(fā)揮，關(guān)系到工程建設(shè)負(fù)面影響能否得到有效遏制，關(guān)系到水電資源開發(fā)與旅游開發(fā)、河道整治、航道延伸及生態(tài)環(huán)境治理等能否得到有效結(jié)合。因此，在選定工作過(guò)程中，充分考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和環(huán)境影響等因素，尊重自然規(guī)律，通過(guò)科學(xué)論證，合理選定壩址、站址、壩高及裝機(jī)容量。西苕溪東山段水利樞紐工程布置如圖1所示。

2.2 攔水壩布置

攔水壩布置在新開河進(jìn)口下游50m的西苕溪河道內(nèi)，壩型采用水力自控翻板門，并與規(guī)劃河道中心線相垂直。攔水壩總長(zhǎng)245.6m，其中主壩段長(zhǎng)120m，設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)110m水力自控翻板門和寬10m調(diào)節(jié)沖砂閘，壩頂高程9.0m，基礎(chǔ)頂高程4.0m，最大壩高15m，調(diào)節(jié)沖砂閘設(shè)于右壩頭。由于該段河道下游無(wú)序挖砂等人類活動(dòng)的干擾使河道的沖淤難于達(dá)到平衡，河道的溯源沖刷在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)難于穩(wěn)定。

本方案治導(dǎo)線的布置基本維持原西苕溪河流主槽走向不變，僅按防洪要求對(duì)河槽寬度進(jìn)行調(diào)整，堤線布置以現(xiàn)有堤防為基礎(chǔ)，并根據(jù)平順原則和新開河截流后的堤距要求作必要的退堤和調(diào)整。攔水壩相當(dāng)于河道主槽內(nèi)設(shè)置了護(hù)底壩，從河床演變的角度考慮，相當(dāng)于重新設(shè)置了人工侵蝕基準(zhǔn)面，上游河道以此為基準(zhǔn)進(jìn)行河勢(shì)調(diào)整，有效地遏制了上游河道的溯源沖刷。

2.3 水電站布置

水電站布置在新開河出口以上60m的新開河河道內(nèi)，采用河床式立式機(jī)組廠房，電站及擋水建筑物總長(zhǎng)124.9m。由于新開河進(jìn)口水流流向與西苕溪主河道交角較大，洪水進(jìn)入新開河后，在離心力的作用下，新開河進(jìn)口上唇淤積，下唇?jīng)_刷，造成主流與河流軸線的偏角較大，洪水入河后引起右岸沖刷，使進(jìn)口右岸形成凹岸，左岸成為凸岸，水流沖向凹岸受到阻力后，又被導(dǎo)向左岸，使左岸河道受沖，在左岸受阻后，又被導(dǎo)向右岸，按此規(guī)律，新開河?xùn)|山橋上游段已逐漸由順直的河段向彎曲形河段演變，而新開河出口河段由于下游水位下降，坡降較陡，縱向不斷拉深，導(dǎo)致新開河河岸坍塌、堤防滑坡等。

新開河的嚴(yán)重沖刷是水流與河床的不協(xié)調(diào)，河相關(guān)系與客觀規(guī)律不相符引起的。水電站布置在新開河出口以上60m的新開河道內(nèi)，新開河僅作為水電站的引水渠，控制進(jìn)入新開河的流量或洪水時(shí)對(duì)新開河徹底截流，維持新開河的河勢(shì)穩(wěn)定。同時(shí)，由于水電站布置在新開河出口以上60m的新開河河道內(nèi)，基本不占用土地，減少了工程建設(shè)的挖方量，做到挖填平衡，減少了水土保持費(fèi)用的支出。

2.4 壩高控制與裝機(jī)確定

壩頂高程控制在9.0m。淹沒高程以地面高程為基準(zhǔn)線，盡量避免或減少良田淹沒。水庫(kù)正常庫(kù)容250萬(wàn)m3，水面面積1050畝。水面位于河谷平原，水庫(kù)淹沒區(qū)為西苕溪、滸溪、遞鋪溪和新開河原河道內(nèi)，無(wú)工礦業(yè)、城鎮(zhèn)、村莊，僅有少量的位于河灘地的農(nóng)作物被淹沒，水庫(kù)基本保持原有河道形態(tài)特征。

電站裝機(jī)容量，根據(jù)水文資料和工程實(shí)際，按充分利用水能資源和采用工程類比法結(jié)合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)確定。電站設(shè)計(jì)水頭7.10m，發(fā)電流量57.70m3/s，總裝機(jī)容量3150kW(5*630kW)，多年平均年發(fā)電量1227萬(wàn)kWh。

3 成果分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

一期攔水壩、水電站、河道整治工程及補(bǔ)償工程總投資3240.8萬(wàn)元。目前安吉縣上網(wǎng)電價(jià)峰電為0.5454元/kWh，谷電為0.2727元/kWh。根據(jù)電站的峰谷電量，發(fā)電每年可產(chǎn)生效益572.3萬(wàn)元。二期旅游項(xiàng)目投資2500萬(wàn)元，由于一期工程興建了攔水壩，使攔水壩上游形成了約1050畝的水面，為水上旅游開發(fā)創(chuàng)造了條件，所以發(fā)電工程分?jǐn)偮糜问找妗８鶕?jù)投資比例，扣除運(yùn)行成本后，發(fā)電工程分?jǐn)偮糜渭兪杖胂禂?shù)取0.25。據(jù)測(cè)算，旅游項(xiàng)目年純收入為550萬(wàn)元(扣除稅金等各項(xiàng)費(fèi)用)，故一期發(fā)電工程年分?jǐn)偟穆糜问找鏋?37.5萬(wàn)元。

發(fā)電年運(yùn)行成本102.24萬(wàn)元，包括修理費(fèi)、材料費(fèi)、庫(kù)區(qū)維護(hù)費(fèi)、水資源費(fèi)、水電管理費(fèi)、各類稅收、工資、福利、及其他費(fèi)用。一期發(fā)電工程建設(shè)期為一年，旅游純收入分?jǐn)傄缘谌觊_始計(jì)（旅游項(xiàng)目投入營(yíng)運(yùn)后），一期發(fā)電工程回收年限為7.3年，經(jīng)濟(jì)效益良好。

3.2 社會(huì)效益分析

工程建成后，新開河不再分洪，僅作為水電站的引水渠，最大流量在60m3/s以內(nèi)，流速較低，較好地解決了新開河先天不足、河勢(shì)不穩(wěn)的難問題。遵循自然規(guī)律，所有洪水流量均從自然形成的老河道走，攔河壩發(fā)揮了護(hù)底壩的作用，成為人工侵蝕基準(zhǔn)面。上游河道以此為基準(zhǔn)進(jìn)行河勢(shì)控制，減少西苕溪的溯源沖刷強(qiáng)度，利于城區(qū)的河岸穩(wěn)定和堤防安全。

工程建設(shè)對(duì)攔水壩下游河道進(jìn)行了拓寬、疏浚，防洪水位與原狀比較略有降低，減少洪災(zāi)損失范圍。同時(shí)，通過(guò)工程措施對(duì)攔河壩下游至新開河出口段西苕溪干流進(jìn)行整治，大大提高防洪能力，使該段西苕溪河道右岸（建城區(qū)）的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到50年一遇，西苕溪河道左岸（非建城區(qū)）的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20年一遇，符合防洪標(biāo)準(zhǔn)（GB50201-94）的規(guī)定。

攔水壩的建設(shè)控制了上游河床繼續(xù)縱向溯源沖刷，使河床趨于穩(wěn)定。由于攔水壩及其配套工程的建設(shè)，為航道開通至壩后500m處創(chuàng)造了條件，使航道可以繼續(xù)向上游延伸2km（攔水壩下游為Ⅴ級(jí)航道）。在壩下游1000m處新建碼頭后，可以大大方便安吉縣的水路運(yùn)輸，降低運(yùn)輸成本，推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。同時(shí)，隨著旅游項(xiàng)目的開發(fā)，攔河壩上游淹沒區(qū)5km可實(shí)施航運(yùn)和水上項(xiàng)目。

3.3 生態(tài)效益分析

3.3.1 水生生物影響

該工程水庫(kù)淹沒區(qū)在原河道內(nèi)，水庫(kù)基本保持原有河道形態(tài)特征，水庫(kù)水面面積1050畝，正常庫(kù)容約250萬(wàn)m2，電站設(shè)計(jì)水頭7.10m。因庫(kù)水交換頻繁，水體停留時(shí)間短，水庫(kù)形成對(duì)來(lái)水水體溫度影響較小，水溫分層現(xiàn)象不明顯，其浮游生物群基本保持山溪型群落的特征，有利于浮游生物和淡水魚類的生長(zhǎng)，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些靜水性種類及小型甲殼類生物。

壩址以下水域，由于水庫(kù)僅具日調(diào)節(jié)能力，下泄至河口水域的徑流量日變化不大，對(duì)浮游生物群落的多樣性也不會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。歷史資料顯示，工程水域無(wú)特殊洄游性魚類，主要是常見的魚類品種。因此，不存在影響洄游性魚類的生存影響問題。

水庫(kù)蓄水，水面變得開闊，庫(kù)區(qū)水域魚類種類結(jié)構(gòu)有微小的改變，一些喜激流的山溪型魚類會(huì)被一些靜水的湖泊型魚類所替代。由于水庫(kù)的河道形態(tài)基本保持不變，水面的擴(kuò)大，使庫(kù)區(qū)的魚獲量有所增加。

3.3.2 景觀及氣候影響

原河道主槽內(nèi)水深常年在0.2～1.0m之間，大部分河灘裸露，只有局部的深潭和堰壩有一定的水面面積，且枯水期局部河段雜草叢生，嚴(yán)重影響河道景觀和水環(huán)境。工程建成后，縣城城鄉(xiāng)結(jié)合部形成1050畝水面，庫(kù)區(qū)成為人工濕地，為濕地動(dòng)、植物提供了生成條件。庫(kù)區(qū)和庫(kù)周增加了多種適應(yīng)濕地環(huán)境的動(dòng)、植物物種，提高了局部區(qū)域的生物多樣性，增加了水域的綜合功能。人工濕地的形成改善了環(huán)境小氣候條件，使周圍陸地性氣候得以改善、無(wú)霜期延長(zhǎng)、溫差縮小、降低了最高氣溫，增加了濕度，改善了生態(tài)環(huán)境，為安吉縣生態(tài)縣和生態(tài)旅游城市建設(shè)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。

3.3.3 水土保持

在流域上游結(jié)合小流域綜合治理工程，積極實(shí)行種草種樹，封山育林，涵養(yǎng)水源，保持水土，改善生態(tài)環(huán)境。

工程建設(shè)過(guò)程中，嚴(yán)格實(shí)施水土保持方案，采取了工程和植物措施，有效地控制了新增水土流失數(shù)量，減少進(jìn)入河道的泥沙，減輕下游淤積，增加土壤含水量和有機(jī)含量，改善土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，提高土壤肥力，提高植物覆蓋率，明顯改善了建設(shè)區(qū)的生態(tài)環(huán)境，使植物種類多樣化，更好地維持了生態(tài)系統(tǒng)的平衡。